材料黑度系數(shù)

1、1材料的發(fā)射率測(cè)試方法材料的發(fā)射率測(cè)試方法研發(fā)部研發(fā)部2測(cè)試測(cè)試方法方法 3量熱法 量熱法的基本原理是：一個(gè)熱交換系統(tǒng)包含被測(cè)樣品和周?chē)嚓P(guān)物體，根據(jù)傳熱理論推導(dǎo)出系統(tǒng)有關(guān)材料發(fā)射率的傳熱方程，通過(guò)測(cè)量樣品某些點(diǎn)的溫度值得到系統(tǒng)的熱交換狀態(tài)，即能求得發(fā)射率。量熱法又分為穩(wěn)態(tài)量熱法和瞬態(tài)量熱法。其測(cè)量速度快，測(cè)量上限高達(dá)4000，能精確測(cè)量多項(xiàng)參數(shù)，但是被測(cè)物必須是導(dǎo)體限制了其應(yīng)用范圍。4反射率法反射率法基于的原理是對(duì)于不透明的樣品，反射率+吸收率=1，將已知強(qiáng)度的輻射能量投射到透射率為0的被測(cè)面上，根據(jù)能量守恒定律和基爾霍夫定律，通過(guò)反射計(jì)求得反射能量，得到樣品的反射率后即可換算成發(fā)射率。用于

2、測(cè)量光滑表面的發(fā)射率。5輻射能量法用同一探測(cè)器分別測(cè)量同一溫度下絕對(duì)黑體及樣品的輻射功率，兩者之比就是材料的發(fā)射率值。常常采用整體黑體法和轉(zhuǎn)換黑體法兩種能量法測(cè)量材料的發(fā)射率，即在試樣上鉆孔或加反射罩，使被測(cè)材料變?yōu)楹隗w或逼近黑體性能，從而進(jìn)行材料發(fā)射率的測(cè)量。6 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換黑體法黑體法7紅外傅里葉光譜法紅外傅里葉光譜儀主要由邁克爾遜干涉儀和計(jì)算機(jī)組成，其工作原理是光源發(fā)出的光經(jīng)邁克爾遜干涉儀調(diào)制后變成干涉光，再把照射樣品后的各種頻率光信號(hào)經(jīng)干涉作用調(diào)制為干涉圖函數(shù)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行傅里葉變換，一次性得到樣品在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜信息。最具有代表性的是半橢球反射鏡反射計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由Markham等人

3、研制，曾獲1994年美國(guó)百項(xiàng)研發(fā)大獎(jiǎng)。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。8紅外傅里葉光譜法系統(tǒng)可以同時(shí)測(cè)量材料的光譜發(fā)射率和溫度，溫度測(cè)量范圍為502000，典型測(cè)量精度為5；光譜測(cè)量范圍為0.820m，典型測(cè)試精度為3%。9發(fā)發(fā)射率射率測(cè)測(cè)量方法的量方法的優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)10本方案的基本原理考慮到紅外熱像儀和多光譜分析儀較貴，本方案計(jì)劃采用“雙罩法”測(cè)量?！半p罩法”的基本原理就是將待測(cè)樣品的輻射能量與處于相同溫度下黑體所輻射的能量相比，就得到待測(cè)樣品的發(fā)射率，本文中所述的發(fā)射率如無(wú)特別說(shuō)明均指半球發(fā)射率。測(cè)量原理結(jié)構(gòu)如圖所示，雙罩即由半球吸收罩與半球反射罩組成，其中吸收罩內(nèi)表面為高吸收率材料，反射罩

4、內(nèi)表面為高反射率材料。11實(shí)際的反射罩反射率和吸收罩吸收率不可能為1，需要分析其誤差影響。這里引入有效發(fā)射率的概念, 可得半球罩結(jié)構(gòu)下被測(cè)表面的有效發(fā)射率eff公式式中: 為罩體吸收率; F1 和F2 分別為被圍表面與半球罩面積。本方案的基本原理12根據(jù)有效發(fā)射率的意義，對(duì)于敏感元件熱電堆，半球吸收罩輸出Va 與半球反射罩輸出Vr 為:在長(zhǎng)期在線(xiàn)測(cè)量條件下, 吸收罩和反射罩的溫度升高, 其自身輻射能也將通過(guò)被測(cè)面反射后由小孔出射, 并且熱電堆輸出電壓隨傳感器冷端溫度升高而變化, 從而引起測(cè)量誤差, 通過(guò)分析建立誤差因素模型:本方案的基本原理13包括傳感器模塊、信號(hào)處理模塊和上位機(jī)測(cè)量顯示模塊。

5、傳感器模塊包括2個(gè)半球罩及熱電堆傳感器、4 路PT100 熱電阻測(cè)量補(bǔ)償溫度和一路PT100測(cè)量被測(cè)面溫度Ts， 通過(guò)測(cè)量表面溫度得到發(fā)射率與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系；信號(hào)處理模塊為溫度測(cè)量部分提供電流驅(qū)動(dòng)，并且采集7路信號(hào)進(jìn)行A /D轉(zhuǎn)換后通MODBUS協(xié)議將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給上位機(jī)；上位機(jī)接收數(shù)據(jù)后通過(guò)補(bǔ)償模型計(jì)算出發(fā)射率值, 并實(shí)時(shí)繪制被測(cè)面發(fā)射率隨溫度的變化曲線(xiàn)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)14系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)15其中左邊的半球罩為測(cè)量自由輻射狀態(tài)的內(nèi)表面涂黑漆的全吸收半球反射器，右邊的半球罩為內(nèi)表面鍍金的全發(fā)射半球鏡反射器，通過(guò)電壓信號(hào)調(diào)理電路比較兩種狀態(tài)下小孔中輻射出去的輻射功率，并需按照一定的補(bǔ)償算法，依據(jù)溫

6、度信號(hào)調(diào)理電路中采集的各溫度對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行一定的修正以后，即可得到被測(cè)材料表面的輻射率。16硬件電路模塊化結(jié)構(gòu)17需要采集的 7 組數(shù)據(jù)包括：全吸收半球反射器：熱電堆探頭輸出電壓信號(hào)V a、反射器自身溫度Va 、熱電堆探頭冷端 PT100 測(cè)溫信號(hào)Tpa；全反射半球反射器：熱電堆探頭輸出電壓信號(hào)Vr 、反射器自身溫度Tr、熱電堆探頭冷端 PT100 測(cè)溫信號(hào)Tpr，以及測(cè)表面溫度的 PT100測(cè)溫信號(hào)Ts 。電路結(jié)構(gòu)的采集數(shù)據(jù)18RS- 485通信電路信號(hào)處理模塊與上位機(jī)使用RS - 485協(xié)議進(jìn)行長(zhǎng)距離通信, 由于電路所處的環(huán)境為強(qiáng)電磁干擾, 因此為了增強(qiáng)抗干擾能力提高可靠性, 采用基于iCoup ler磁耦隔離技術(shù)的隔離RS- 485收發(fā)器ADM 2483。19紅外熱像儀校準(zhǔn)發(fā)射率 通過(guò)紅外熱像儀得到被測(cè)面的溫度場(chǎng)圖像分布，通過(guò)溫度場(chǎng)圖像根據(jù)熱像儀的圖像處理軟件分析可以得到熱像儀吸收的測(cè)量波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅外能量，在需要測(cè)量發(fā)射率